2015年11月10日

前玉繰り出し式の収差変動

1950年前後に流行したスプリングカメラや二眼レフカメラのうち,廉価なカメラではピント合わせのためにレンズ全体を前後させる代わりに,「前玉回転式」や「前玉繰り出し式」といい,第1レンズ(いわゆる前玉)だけを前後させる形式のものがありました.この方式ではレンズシャッター機構が前後しないため,繰り出しのためのヘリコイドが小さくてよく,シャッターとボディとの連動などの面でも有利なものですが,反面,近接時の収差変動が大きいと言われています.それではどの程度の影響があるのでしょうか.最近マイブーム化している光学設計ソフトウェアで評価してみました.

inf1.jpg


レンズ設計のベースとして,光学設計ソフトウェア OSLO EDU に付属している 50mm F4 ,画角40度のトリプレットレンズを用いました.これに対し,画面全体の画質が平均的に良くなるように光学設計ソフトウェアが自動計算することにより仮想的なピント合わせを行います.そのため,上の図では像面の状態(ASTIGMATISM の図:中央上)が原点で一致していませんが,トリプレットレンズは収差が大きいため,周辺部の画質を考慮するとほどほどの位置に像面を置くことになります.

inf.jpg

inf3.jpg


まずは無限遠にピントを合わせたときの様子です.TICKNESS(厚み:この場合は空気間隔)の欄の最下行で V とある 42.927621 という値が自動計算により求められたピント位置で,レンズ最後面から像面までの距離に対応します.MTF は可もなく不可もなくといったところでしょうか.トリプレットらしく実用レベルはマークしているといえます.

次に,このレンズ全体を繰り出すことで距離 1000mm の物体に対してピント合わせを行います.

全群繰り出し.jpg

全群繰り出し3.jpg


最上段の白黒反転したところの値(1.0000e+03)が物体をレンズから 1000mm(1メートル)の位置に置いたことを表しており,それにピントが合うようレンズと像面の間隔が 45.615076mm へと,約 2.7mm ほど繰り出されています.この時の MTF は若干低下していますが,収差の状況には大きな違いはないようです.

次に前玉繰り出しです.レンズ全体を元の位置に戻し,ピントが合うように第1レンズと第2レンズの間隔を自動調整するのですが,そうすると性能が下がりすぎてしまったので,以下のような手順で行いました.まず,物体を 2000mm (2メートル)に置き,それに対してレンズ全体の繰り出し量を計算します.次に物体までの距離を 1000mm に設定し直し,今度は第1レンズと第2レンズの間隔を調整します.要するに,2m を基準としてレンズ全体を配置し,それに対して前玉繰り出しにより無限遠から 1m までの範囲をピント合わせするという内容です.このときの計算結果は以下のようになります.

前玉繰り出し.jpg

前玉繰り出し3.jpg


設計データでは,2m の物体にピントが合うレンズと像面の間隔は 44.267481mm となっており,このとき 1m の物体にピントをあわせるために前玉と第2レンズの間隔が 6mm から 6.3859mm に伸びています.このように僅かな移動でピント合わせが可能なことが前玉繰り出し式のメリットの1つです.しかし MTF から分かるように,全体のコントラストが低下してしまっています.コントラスト低下の要因として,前玉繰り出し式では像面の湾曲が大きくなっていること,また球面収差も補正不足の方向に変化しているようです.

さらに近接しようとすると,さらなる像の悪化が生じます.前玉回転式では最短撮影距離が程々の値になっているのもやむなしといったところでしょう.

例によって最後に,各設計における収差図やスポットダイヤグラムを掲載しておきます.
無限遠合焦時
全群繰り出し
前玉繰り出し
posted by しんさく at 22:09| Comment(2) | TrackBack(0) | カメラ
この記事へのコメント
第2レンズの位置を前後させる、あるいは、第1、第3レンズの間隔を変動させる、というような現代インナーフォーカスのメカを使ってトリプレットを作るならば、収差変動に関してはどのくらいの性能向上が期待できるんでしょうね。
Posted by TNGY at 2015年11月15日 18:30
そうですね,一口にトリプレットといってもバリエーションが広がってきていて,昔のトリプレットはレンズ同士の間隔がかなり広いですが,近年ではニコンミニ用などのようにレンズ同士が接するような設計のものもあるのでかなり特性はいろいろだと思います.

トリプレットは真ん中の凹レンズまでに光束が絞られて細くなりますが,前玉を繰り出すとその径が大きくなり面に入る角度が急になるのが収差増大の原因の1つになっている部分もありそうです.しかし前玉以外のレンズでは,動かしてもあまりピント位置が変化しないところが多いのが難点でしょうか.

またテッサー型はトリプレットよりもレンズ全体の厚みが小さい(レンズ同士の間隔が短い)物が多いようなので,この例に比べると収差変動は小さいかもしれません.
Posted by 日浦 at 2015年11月15日 23:25
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